JP2020158792A - ニッケル酸化鉱石の製錬方法、還元炉 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明に係るニッケル酸化鉱石の製錬方法は、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合して混合物とし、その混合物を還元加熱処理に付して還元物であるメタル(フェロニッケル)を製造する方法である。ニッケル酸化鉱石は、酸化ニッケル(NiO)や酸化鉄(Fe2O3)を少なくとも含有するものである。このようなニッケル酸化鉱石を原料鉱石とし、炭素質還元剤と混合して加熱することで、混合物に含まれるニッケルを優先的に還元し、また鉄を部分的に還元して、鉄とニッケルの合金であるフェロニッケルを製造する。
本発明に係るニッケル酸化鉱石の製錬方法は、製錬原料であるニッケル酸化鉱石を炭素質還元剤等と混合、混練して混合物を作り、その混合物に対して還元処理を施すことによって、メタルであるフェロニッケルとスラグとを生成させる方法である。なお、メタルであるフェロニッケルは、還元処理を経て得られるメタルとスラグとを含む混合物から、そのメタルを分離することで回収することができる。
混合処理工程S1は、ニッケル酸化鉱石を含む原料粉末を混合して混合物を得る工程である。具体的に、混合処理工程S1では、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石と、炭素質還元剤と、さらに必要に応じて、鉄鉱石、フラックス成分、バインダー等の、例えば粒径が0.2mm〜0.8mm程度の原料粉末とを所定の割合で混合して混合物を得る。
前処理工程S2は、混合処理工程S1にて調製した混合物を、ペレット等の塊状物に塊状化する工程である。すなわち、前処理工程S2では、原料粉末を混合して得られた混合物を、後述する還元処理工程S3にて使用する還元炉に投入し易くし、また効率的に還元反応が生じるように成形する。
還元処理工程S3では、塊状化した混合物を、所定の還元温度で還元加熱処理する。還元処理工程S3における混合物の還元加熱処理により、混合物中において製錬反応が進行して、メタルとスラグとが生成する。なお、混合物は、還元加熱処理が施される対象であるため、「被還元処理物」ともいう。
以下に、還元処理工程S3における各工程(乾燥工程S31、予熱工程S32と、還元工程S33と、温度保持工程S34、冷却工程S35)について説明する。なお、還元炉として炉床が回転移動する回転移動炉床炉を用いる場合を例に挙げて説明する。
乾燥工程S31では、原料粉末を混合し塊状化した混合物に対して乾燥処理を施す。乾燥工程S31での乾燥処理は、主に混合物中の水分や結晶水を飛ばすことを目的とする。
予熱工程S32では、乾燥工程S31での乾燥処理により水分を除去した後の混合物を予熱(予備加熱)する。
(3−1)還元加熱処理について
還元工程S33では、予熱処理が施された混合物(被還元処理物)を所定の還元温度で還元加熱処理する。この還元加熱処理により、混合物中のニッケル酸化鉱石に含まれる酸化ニッケルは優先的に可能な限り100%還元し、一方で酸化鉄はその一部のみ還元(部分還元)して、目的とする品位のフェロニッケルを生成させる。
本発明に係る製錬方法では、還元工程S33での還元加熱処理において、還元炉の炉床に、断熱ボード、断熱ウール、及び石炭灰から選ばれる1種以上の床敷材を設け、その床敷材の上に被還元処理物である混合物を載置して還元加熱処理を施す。
必須の態様ではないが、還元工程S33を経て得られた還元物を、回転移動炉床炉内で所定の高い温度条件で保持する温度保持処理を行うようにしてもよい(温度保持工程S34)。このように、還元工程S33における所定の還元温度での還元加熱処理により得られた還元物を、すぐに冷却するのではなく、高温の雰囲気で保持することによって、還元物中において生成したメタル成分を沈降させて粗大化させることができる。
冷却工程S35では、還元工程S33を経て得られた還元物、または温度保持工程S34にて所定の時間に亘り高温保持した後の還元物を、続く分離工程S4にて分離回収できる温度まで冷却する。
(1)基本構成
改めて図3に例示した回転移動炉床炉の構成について詳細に説明する。回転移動炉床炉1は、炉床10Fを有して炉の本体を構成する回転部10と、回転部10に接続して設けられている回転部外処理室11と、から構成されている。そして、回転部10は、その炉床10Fが回転移動する領域となっており、内部が4つに分割されてそれぞれで処理室(10a,10b,10c,10d)を構成している。なお、予熱室10aに接続されている回転部外処理室11である乾燥室20は、回転部10内に被還元処理物である混合物を供給する供給部としての機能を有している。
さて、回転移動炉床炉1においては、回転部外処理室11の一部として、さらに床敷材排出部40と、床敷材補給部50と、が設けられている。
床敷材排出部40は、炉床10F上に設けられた床敷材の少なくとも一部を除去排出するための機構部である。図3に示すように、床敷材排出部40は、回転部10の回転方向(図3中の矢印)において第2の冷却室30よりも下流側の位置にその回転部10に接続して設けられている。床敷材排出部40は、回転部10における炉床10Fが動いている状態で、その炉床10Fに設けられた床敷材の少なくとも一部を除去して排出する。
床敷材補給部50は、炉床10F上に設けられる床敷材を補給するための機構部である。図3に示すように、床敷材補給部50は、回転部10の回転方向(図3中の矢印)において乾燥室20(被還元処理物の供給部)より上流側の位置にその回転部10に接続して設けられている。床敷材補給部50は、回転部10における炉床10Fが回転している状態で、床敷材排出部40により除去された部分の炉床10F上に床敷材を補給する。
分離工程S4は、還元処理工程S3にて生成した還元物からメタル(フェロニッケルメタル)を分離し回収する。具体的に、分離工程S4では、混合物を還元加熱処理することによって得られた、メタル相(メタル固相)とスラグ相(スラグ固相)とを含む混在物(還元物)から、メタル相を分離して回収する。
原料鉱石としてのニッケル酸化鉱石と、鉄鉱石と、フラックス成分である珪砂及び石灰石、バインダー及び炭素質還元剤(炭素質還元剤として石炭を使用)と、適量の水を添加しながら混合機を用いて混合して混合物を得た。炭素質還元剤は、ニッケル酸化鉱石に含まれる酸化ニッケル(NiO)と酸化鉄(Fe2O3)を過不足なく還元できる割合を100%としたときに29%の割合となる量で含有させた。そして、混合機によって混合した原料を二軸混練機によって混練した。
次に、混練して得られた混合物を24個に分類し、それぞれの混合物試料を、パン型造粒機を用いてφ18±1.5mmの球状のペレットに成形した。
次に、24個に分類したそれぞれの混合物試料を用いて処理条件を変えて還元加熱処理を行った。還元加熱処理は、炉床が回転移動する回転移動炉床炉を用いて行った。具体的に、回転移動炉床炉は、図3に例示したような構成のものを用い、予熱エリア(10a)と、還元エリア(10b)と、高温保持エリア(10c)と、冷却エリア(10d)とを備え、予熱エリア(10a)の箇所に対応するように炉外に設けた乾燥室(20)を接続し、冷却エリア(10d)の箇所に対応するように炉外に設けた冷却室(30)を接続させたものを用いた。また、この回転移動炉床炉には、回転方向において冷却室(30)よりも下流側の位置に、炉床に設けられた床敷材の少なくとも一部を除去して排出する床敷材排出部(40)と、回転方向において乾燥室(20)よりも上流側の位置に、床敷材を補給する床敷材補給部(50)と、が設けられていた。
Niメタル率=ペレット中のメタル化したNiの量÷(ペレット中の全てNiの量)×100(%) ・・・(1)式
メタル中Ni含有率=ペレット中のメタル化したNiの量÷(ペレット中のメタルしたNiとFeの合計量)×100(%) ・・・(2)式
10 回転部
10a,10b,10c,10d 処理室
11 回転部外処理室
20 乾燥室(供給部)
30 冷却室(第2の冷却室)
40 床敷材排出部
50 床敷材補給部
Claims (6)
- 酸化ニッケルと酸化鉄とを含有するニッケル酸化鉱石と、炭素質還元剤と、を含む混合物を還元炉にて還元することによってフェロニッケルを製造するニッケル酸化鉱石の製錬方法であって、
前記還元炉の炉床に、断熱ボード、断熱ウール、及び石炭灰から選ばれる1種以上の床敷材を設け、該床敷材の上に前記混合物を載置して還元加熱処理を施す
ニッケル酸化鉱石の製錬方法。 - 還元温度を1300℃以上1480℃以下として還元処理を施す
請求項1に記載のニッケル酸化鉱石の製錬方法。 - 前記還元炉は、炉床が回転移動する回転移動炉床炉である
請求項1又は2に記載のニッケル酸化鉱石の製錬方法。 - 炉床に設けた床敷材上で被還元処理物に還元加熱処理を施す還元炉であって、
炉床が回転移動する回転移動炉床炉であり、
前記炉床を有して炉本体を構成する回転部と、
前記回転部に前記被還元処理物を供給する供給部と、
前記回転部にて還元処理が施されて得られる還元物を冷却して排出する冷却部と、
を備えており、さらに、
前記回転部の回転方向において前記冷却部よりも下流側の位置に該回転部に接続して設けられ、該回転部における前記炉床が動いている状態で、該炉床に設けられた前記床敷材の少なくとも一部を除去して排出する床敷材排出部と、
前記回転部の回転方向において前記供給部よりも上流側の位置に該回転部に接続して設けられ、該回転部における前記炉床が動いている状態で、除去された部分の床敷材を補給する床敷材補給部と、を備える
還元炉。 - 前記炉床の上には、断熱ボード、断熱ウール、及び石炭灰から選ばれる1種以上の床敷材が設けられるようになっている
請求項4に記載の還元炉。 - 当該還元炉は、酸化ニッケルと酸化鉄とを含有するニッケル酸化鉱石と、炭素質還元剤と、を含む混合物を還元することによってフェロニッケルを製造するためのものである
請求項4又は5に記載の還元炉。
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